仿真实验固体线膨胀系数的测量

实验项目名称 固体热膨胀系数测 量 一 实验目的 1 了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用 2 学习用光杠杆法测量微小长度变化 3 学习测量铜棒的线膨胀系数 4 学习图示法处理数据 二 实验原理 1 材料的热膨胀系数 各种材料热膨胀冷缩的强弱是不同的 为了定量区分它们 人们找到了表征这种热膨胀冷缩特性的物理量 线胀系数和体 胀系数 线膨胀是材料在受热膨胀时 在一维方向上的伸长 在一定的 温度范围内固体受热后 其长度都会增加 设物体原长为 L 由 初温 t1加热至末温 t2 物体伸长了 L 则有 12 ttLL 1 1 L L t2 t1 2 2 线胀系数测量 线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标 实验表明 不同材 料的线胀系数是不同的 塑料的线胀系数最大 其次是金属 殷钢 熔凝石英的线胀系数很小 由于这一特性 殷钢 石英多被用在精 密测量仪器中 光杠杆系统是由平面镜及底座 望远镜和米尺组成的 光杠杆 放大原理如图 1 2 1 1 所示 当金属杆伸长时 从望远镜中可读出 待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数 b1 b2 这时有 3 D lbb L 2 12 4 12 12 2ttDL bb 放大公式的推导参看第一册实验 5 3 1 图 1 2 1 1 光杠杆原理图 三 实验仪器 热膨胀系数测定仪 尺度望远镜 光杠杆 温度计 电源开关 调 节温度 指示灯 铜棒 米尺 四 实验内容及步骤 线膨胀系数的测定 1 仪器调节 实验装置图如图 1 2 1 1 所示 实验时 将待 测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中 棒的下端要和基座 紧密相连 上端露出筒外 装好温度计 将光杠杆的后足尖置于金 属棒的上端 二前足尖置于固定台上 在光杠杆前 1m 左右放置望 远镜及直尺 调节望远镜 直到看清楚平面镜中直尺的像 反复调 节 使标尺成像清晰 且叉丝也清晰 并使像与叉丝之间无视差 即眼睛上下移动时 标尺与叉丝没有相对移动 2 读出叉丝横线在直尺上的读书 n1 记录初温 t1 蒸汽进去金 属筒后 金属棒迅速伸长 待温度计的读数稳定几分钟后 读出望 远镜叉丝横线所对直尺的数值 n2 并记下 t2 3 如果线胀仪采用电加热 测量课从室温开始 每间隔 10 记一次 t 和 n 的值 直到 t 达 90 然后逐渐降温 重复测以上 数据 4 测量直尺到平面镜间距离 D 将光杠杆在白纸上轻松压出 三个足尖印痕 用游标卡尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离 5 以 t 为横坐标 n 为纵坐标做出 n t 关系曲线 求直线斜率 K 并由此计算 1 6 用最小二乘发求直线斜率 K 并计算 1的标注误差 五 实验数据记录与处理 测得光光杠杆后单足到前双足的垂直距离 b 6 20cm 镜面到标尺的水 平距离 D 196 90 8 40 188 50cm 铜丝长度 L 50 71cm 温度 t 102030405060708090 望远03 37 211 014 918 722 426 129 8 镜示 数 n mm 根据公式 1 Nb 2DL t 得得 1 1 22 10 5 1 六 思考题六 思考题 1 对于一种材料来说 线胀系数是否一定是一个常数 为什么 答 不是 因为同一材料在不同的温度区域 其线性膨胀系数 是不同的 2 你还能想出一种测微小长度的方法 从而测出线胀